КОВШ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1994 года по МПК E02F3/76 E02F5/30 

Изобретение относится к технике для разработки мерзлых грунтов. Прочность мерзлых грунтов в десятки раз выше, чем талых, поэтому их разработка, как правило, ведется в два этапа: рыхление и зачерпывание.

На основе многочисленных исследований установлено, что такие грунты обладают анизотропными свойствами. Их предел прочности на растяжение (на отрыв) в 3-5 раз меньше предела прочности на сжатие. Особенно эффективно при разработке мерзлых грунтов использование комбинированной нагрузки - ударно-отрывной, поэтому для повышения эффективности в рабочих органах землеройных машин необходимо использовать этот метод.

Известен ковш активного действия, включающий корпус, днище, в котором размещены пневматические ударные устройства. Зубья у этого ковша совершают возвратно-поступательные действия. Такие ковши хорошо работают при разработке хрупких грунтов. Однако большинство мерзлых грунтов обладают упруго-вязкопластичными свойствами. В них ковши с поступательным движением режущих зубьев работают малоэффективно, и в этом их недостаток.

Известен ковш активного действия, у которого режущие зубья совершают не только поступательные, но и колебательные в поперечном направлении движения. Их эффективность выше, чем у ранее упомянутых. Недостатком их является малый ударный импульс, передаваемый на грунт, так как режущий зуб жестко связан с эксцентриковым валом, а также то, что зубья осуществляют блокированное резание [1].

Цель изобретения - повышение эффективности работы ковша в мерзлых грунтах путем повышения ударного импульса с использованием комбинированного воздействия на разрабатываемый грунт.

Достигается это тем, что каждый режущий элемент выполнен комбинированным из внутреннего подвижного зуба, размещенного в колеблющемся наружном, оборудованном П-образным вырезом, обеспечивая внутреннему зубу свободное резание, при этом наружный зуб кинематически связан с эксцентриком корпуса зуба, установленного на приводном валу, а внутренний зуб функционально связан через боек-поршень, продольный шатун со своим эксцентриком, а также с наружным зубом.

Отличительные от прототипа признаки обуславливают соответствие предлагаемого устройства критерию "новизна".

Анализ отличительных признаков показывает, что предлагаемое устройство соответствует также критерию "существенные отличия". Некоторые из отличительных признаков сами по себе известны из науки и техники и обладают известными свойствами, например эксцентриковый вал, зубья, шарнирные втулки. Другие признаки - новые - присущи только данному устройству. К ним можно отнести: функциональную связь наружного и внутреннего зубьев, комбинированное выполнение режущего элемента из внутреннего и наружного зубьев, причем, последний снабжен вырезом П-образной формы, наружный зуб через полый цилиндр кинематически связан с эксцентриком корпуса зуба, установленном на приводном валу, а внутренний зуб функционально связан через боек-поршень, продольный шатун со своим эксцентриком, установленным также на приводном валу рядом с эксцентриком, установленным также на приводном валу рядом с эксцентриком корпуса зуба.

В предлагаемой совокупности благодаря новым связям и взаиморасположению известные признаки вступили во взаимодействие с новыми отличительными признаками и вся совокупность приобрела новое свойство, а именно повышение ударного импульса и использование комбинированного воздействия на разрабатываемый грунт.

Это новое свойство обеспечивает достижение всей совокупностью положительного эффекта, заключающегося в том, что с помощью такого ковша создается повышенное напряженное состояние в разрабатываемом мерзлом грунте, обеспечивается свободное резание части разрабатываемого грунта, повышается ударный импульс и используется комбинированное воздействие на разрабатываемый мерзлый грунт.

Применение такого ковша позволяет разрабатывать мерзлый грунт без предварительного рыхления, что значительно удешевляет земляные работы и сокращает сроки их выполнения.

На фиг. 1 представлен ковш, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - комбинированный режущий элемент с шарнирной втулкой (аксонометрия); на фиг. 5 - схема взаимодействия зубьев с мерзлым грунтом.

Ковш комбинированного действия состоит из боковых стенок 1 (фиг. 1), днища 2, режущих элементов 3, приводного привода 4, корпуса 5 режущего элемента. В корпусе 5 размещен полый цилиндр 6, в котором перемещается поршень-боек 7, который взаимодействует со стержнем 8 внутреннего зуба режущего элемента 3. Внутренний зуб перемещается в наружном зубе 9 режущего элемента 3. Корпус 5 режущего элемента шатуном 10 соединен с эксцентриком 11 приводного вала 4. В передней части наружный зуб установлен в шарнирной втулке 12. Полый подвижный цилиндр 6 соединен наклонным шатуном 13 со своим эксцентриком 14 приводного вала 4. Эксцентрики корпуса режущего элемента и внутреннего зуба смещены друг относительно друга на 180^о. В полом цилиндре 6 имеется отверстие для воздуха 15, а также кольцевая выточка 16, а поршень-боек 7 оборудован каналами 17 для воздуха. Приводной вал 4 с установленными на нем эксцентриками вращается от привода 18, например с электродвигателем М (фиг. 2). Шарнирная втулка 12 имеет отверстие 19 (фиг. 3) для продольного перемещения наружного зуба 9, а также оси 20 для обеспечения качающегося движения режущего элемента.

Режущий элемент (фиг. 4) состоит из наружного зуба 9, имеющего П-образный вырез 21, для размещения внутреннего зуба 22. При этом внутренний зуб 22 выдвинут вперед относительно наружного, благодаря чему обеспечивается опережающее резание им грунта и создание борозды 23 (фиг. 5) и целиков 24, которые затем срезаются наружным зубом 9. Этим обеспечивается свободное резание мерзлого грунта, которое на 30-50% менее энергоемко по сравнению с блокированным резанием.

Работает предлагаемый ковш следующим образом. При вращении приводного вала 4 шатун 13 перемещает цилиндр 6, совершающий возвратно-поступательное движение в корпусе 5. В процессе движения цилиндра между цилиндром и поршнем-бойком 7 возникает разрежение воздуха, что заставляет боек двигаться за цилиндром. При ходе цилиндра вперед к забою происходит встречное движение его с бойком. Воздух, сжимаясь в подвижном цилиндре, заставляет боек остановиться, а затем, двигаясь с ускорением вперед, ударяя по стержню 8 внутреннего зуба 22. Компенсационная система состоит из кольцевой выточки 16, отверстий 15 в цилиндре и каналов 17 в поршне-бойке.

Таким образом, при работе приводного вала корпус 5 совершает возвратно-поступательное движение в отверстии 19 и колебательное движение посредством осей 20. Этим обеспечивается ударно-отрывное воздействие на разрабатываемый грунт наружного зуба 9. Такое воздействие в 1,5-2 раза менее энергоемко по сравнению с обычным резанием. Стержень 8 внутреннего зуба размещен в корпусе 5 наружного и вместе с ним также совершает поступательно-колебательное движение, обеспечивая ударно-отрывное воздействие на грунт. Кроме того, при вращении приводного вала 4 поршень-боек 7 за счет разрежения и сжатия воздуха совершает удары по торцу стержня внутреннего зуба и, совершая дополнительный ударный импульс, обеспечивает концентрацию напряжений в разрабатываемом мерзлом грунте. Так как внутренний зуб выдвинут вперед относительно наружного, он прорезает борозду, а наружный зуб срезает оставшиеся целики грунта, что создает менее энергоемкий процесс свободного резания. При этом реализуется следующая зависимость между энергией удара E_y с параметрами ударного механизма - массой бойка m₅, начальной длиной воздушной рабочей камеры Н_о угловой скоростью ω и коэффициентом К_Е = 0,5-0,7, учитывающим свойства грунта.

m_бH2o

Таким образом, в предлагаемом ковше комбинированного действия сочетается ударная нагрузка на внутренний зуб, ударно-отрывное воздействие на грунт наружного и внутреннего зубьев в процесс свободного резания зубьями.

Такое комбинированное воздействие на мерзлый грунт позволяет в 1,5-2 раза снизить энергоемкость процесса разработки мерзлого грунта, отказаться от предварительного его рыхления, используя одну машину вместо двух.

Использование: в землеройных машинах для разработки мерзлых грунтов. Сущность изобретения: ковш комбинированного действия содержит днище, боковые и заднюю стенки, подвижные режущие элементы. Режущие элементы соединены своими корпусами через шатуны с эксцентриками приводного вала. Каждый режущий элемент выполнен из наружнего и внутреннего зубьев. Наружный зуб имеет П-образный вырез, в котором размещен внутренний зуб. Внутренний зуб через стержень, поршень-боек, перемещающийся в полом цилиндре, и наклонный шатун соединен со своим эксцентриком. Этот эксцентрик смещен на 180° относительно эксцентрика корпуса режущего элемента. 5 ил.

КОВШ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ, включающий днище, боковые и заднюю стенки, подвижные режущие элементы, соединенные своими корпусами через шарнирные втулки и шатуны с эксцентриками приводного вала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности его в работе в мерзлых грунтах, каждый режущий элемент выполнен комбинированным из наружного и внутреннего зубьев и наружный зуб имеет вырез П-образной формы, в котором размещен с возможностью свободного резания внутренний зуб, соединенный посредством стержня, бойка-поршня, перемещающегося в полом цилиндре, и наклонного шатуна с эксцентриком, смещенным на 180^oотносительно эксцентрика корпуса режущего элемента, при этом масса бойка m_б и начальная длина H₀ воздушной камеры в полом цилиндре связаны с энергией удара E_у зависимостью
m_бH2o